RU2272325C1 - Installation for researching on liquid magnet - Google Patents
Installation for researching on liquid magnet Download PDFInfo
- Publication number
- RU2272325C1 RU2272325C1 RU2004121254/28A RU2004121254A RU2272325C1 RU 2272325 C1 RU2272325 C1 RU 2272325C1 RU 2004121254/28 A RU2004121254/28 A RU 2004121254/28A RU 2004121254 A RU2004121254 A RU 2004121254A RU 2272325 C1 RU2272325 C1 RU 2272325C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inductors
- current
- stand
- liquid magnet
- coils
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Instructional Devices (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме в высших и средних специальных учебных заведениях по курсу физики для изучения и углубления знаний физических законов и явлений.The invention relates to educational devices and can be used in laboratory practice in higher and secondary special educational institutions at the rate of physics to study and deepen knowledge of physical laws and phenomena.
Известен прибор Кольбе для демонстрации взаимодействия двух катушек с током, подвешенных на гибком шнуре на штативе. (Д.Д.Галанин и др. Физический эксперимент в школе, том 4. Учпедгиз, 1954, стр.125, рис.238). Он позволяет демонстрировать только взаимодействие двух катушек с током, без измерения силы Ампера и учета влияния магнитной проницаемости среды на силу взаимодействия.Known Kolbe device for demonstrating the interaction of two coils with current, suspended on a flexible cord on a tripod. (D. D. Galanin et al. Physical experiment at school,
Известен также учебный прибор для исследования электромагнитного поля (RU патент №2210815, 20.08.2003, Бюл. №23. Автор: Ковнацкий В.К.), содержащий два тороида с железным сердечником (твердым магнетиком). Этот прибор позволяет измерять характеристики электромагнитного поля, но на нем нельзя измерить магнитную проницаемость сердечников тороида.A training device for studying the electromagnetic field is also known (RU patent No. 2210815, 08.20.2003, Bull. No. 23. Author: V. Kovnatsky) containing two toroids with an iron core (solid magnet). This device allows you to measure the characteristics of the electromagnetic field, but it cannot measure the magnetic permeability of the toroid cores.
Наиболее близкой к предлагаемой установке является установка (фиг.4) для демонстрации взаимодействия двух катушек с током, подвешенных на двух тонких проводах, (О.Ф.Кабардин. Физика. Справочные материалы. М.: Просвещение 1991, с.184, рис.190.) Установка содержит две плоские катушки индуктивности и источник постоянного тока. При подключении катушек к источнику постоянного тока наблюдается отклонение одной катушки от другой. При внесении в одну из катушек железного стержня, другая катушка отклоняется на больший угол. Однако эта установка не позволяет измерить силу Ампера при взаимодействии катушек индуктивности, а также определить величину магнитной проницаемости жидкой среды, в которой эти катушки могут взаимодействовать.Closest to the proposed installation is the installation (Fig. 4) for demonstrating the interaction of two coils with current suspended on two thin wires (O.F. Kabardin. Physics. Reference materials. M: Education 1991, p.184, Fig. 190.) The installation contains two flat inductors and a direct current source. When the coils are connected to a direct current source, one coil deviates from the other. When an iron rod is introduced into one of the coils, the other coil is deflected by a larger angle. However, this setup does not allow measuring the Ampere force during the interaction of inductors, and also to determine the magnetic permeability of a liquid medium in which these coils can interact.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей этой установки. Эта цель достигается тем, что в нее введены: подставка; две оси вращения плоских катушек индуктивности, закрепленные на подставке; два жестких подвеса, первые концы которых подвешены шарнирно на осях вращения плоских катушек индуктивности, а вторые концы жестко соединены с этими катушками и являются первыми вводами плоских катушек индуктивности, а вторыми вводами их являются тонкие изолированные проводники, навитые на оба жестких подвеса; амперметр и реостат, которые образуют последовательно замкнутую цепь с двумя последовательно соединенными плоскими катушками индуктивности и источником постоянного тока; сосуд с жидким магнетиком, установленный на подставке, в котором расположены две плоские катушки индуктивности в одной плоскости, перпендикулярной осям самих катушек индуктивности и осям вращения этих катушек; шкала с делениями в градусах, установленная на подставке.The aim of the invention is to expand the functionality of this installation. This goal is achieved by the fact that the following are introduced into it: stand; two axis of rotation of flat inductors mounted on a stand; two rigid suspensions, the first ends of which are hinged on the axis of rotation of the flat inductors, and the second ends are rigidly connected to these coils and are the first inputs of the flat inductors, and their second inputs are thin insulated conductors wound on both hard suspensions; an ammeter and a rheostat, which form a series-closed circuit with two series-connected flat inductors and a direct current source; a vessel with a liquid magnet mounted on a stand, in which there are two flat inductors in one plane perpendicular to the axes of the inductors themselves and the axes of rotation of these coils; graduated scale in degrees mounted on a stand.
На фиг.1 и фиг.2 представлены чертежи, поясняющие принцип работы предлагаемой установки. На фиг.3 изображен общий вид этой установки, на фиг.4 - ее прототип.In Fig.1 and Fig.2 presents drawings explaining the principle of operation of the proposed installation. Figure 3 shows a General view of this installation, figure 4 - its prototype.
В предлагаемую установку входит: 1 - плоская катушка индуктивности; 2 - жесткий подвес; 3 - ось вращения плоской катушки индуктивности; 4 - подставка; 5 - сосуд с жидким магнетиком; 6 - амперметр; 7 - реостат; 8 - источник постоянного тока; 9 - шкала с делениями в градусах.The proposed installation includes: 1 - a flat inductor; 2 - hard suspension; 3 - axis of rotation of a flat inductor; 4 - stand; 5 - a vessel with a liquid magnet; 6 - ammeter; 7 - rheostat; 8 - a direct current source; 9 - scale with divisions in degrees.
При проведении исследований с искусственно создаваемым жидким магнетиком (например, раствором хлористого железа в воде) необходимо каждый раз измерять магнитную проницаемость среды. Важно также определить силу Ампера при взаимодействии катушек с током в такой среде. Существующие устройства для измерения магнитной проницаемости (Руководство к лабораторным занятиям по физике под редакцией Л.Л.Гольдина. М.: Наука. 1973. стр.293-334; Ф.В.Кушнир. Измерение в технике связи. М.: Связь.1970. стр.480-495) не позволяют это сделать. Рассмотрим, каким образом это достигается в предлагаемой установке.When conducting research with an artificially created liquid magnet (for example, a solution of iron chloride in water), it is necessary to measure the magnetic permeability of the medium each time. It is also important to determine the Ampere force in the interaction of coils with current in such a medium. Existing devices for measuring magnetic permeability (Manual for laboratory studies in physics edited by L.L. Goldin. M.: Nauka. 1973. p. 293-334; F.V. Kushnir. Measurement in communication technology. M .: Communication. 1970. p. 480-495) do not allow this. Consider how this is achieved in the proposed installation.
Пусть два круговых витка с током I1 и I2 и радиусом R0 (фиг.1) подвешены на двух жестких одинаковых подвесах длиной 1 на осях O1 и O2. Катушки находятся в исходном положении на расстоянии r0 в жидком магнетике с магнитной проницательностью μ и плотностью ρ. Круговые витки расположены в одной плоскости, перпендикулярной осям вращения катушек O1 и O2, а также осям самих катушек О3 и O4. Под действием силы Ампера эти витки разойдутся на угол α от исходного положения. В жидком магнетике на круговой виток с током I1 (фиг.1) действуют четыре силы: сила Ампера , сила натяжения нити , сила тяжести и выталкивающая сила Архимеда , где VB - объем кругового витка, ρ - плоскость жидкого магнетика, mB - масса витка и g - ускорение свободного падения.Let two circular turns with a current of I 1 and I 2 and a radius of R 0 (Fig. 1) are suspended on two rigid identical suspensions with a length of 1 on the axes O 1 and O 2 . The coils are in the initial position at a distance r 0 in a liquid magnet with magnetic permeability μ and density ρ. Circular coils are located in one plane perpendicular to the axes of rotation of the coils O 1 and O 2 , as well as the axes of the coils O 3 and O 4 themselves. Ampere these turns diverge at an angle α from the starting position. In a liquid magnet, four forces act on a circular coil with current I 1 (Fig. 1): Ampere force thread tension , gravity and buoyancy force of Archimedes where V B is the volume of the circular coil, ρ is the plane of the liquid magnet, m B is the mass of the coil, and g is the gravitational acceleration.
Условие равновесия для каждого витка имеет вид:The equilibrium condition for each turn has the form:
или в проекциях на ось х: or in projections on the x axis:
на ось у: on the y axis:
Из выражений (1) и (2) находим:From the expressions (1) and (2) we find:
Определим силу ампера , с которой круговой виток с током I2 действует на виток с током I1. Сначала найдем силу, с которой магнитное поле с индукцией , создаваемое током I2, действует на элемент , принадлежащий контуру l1 с током I1 (фиг 2):Define the power of ampere with which a circular coil with current I 2 acts on a coil with current I 1 . First we find the force with which the magnetic field with induction created by current I 2 acts on the element belonging to the circuit l 1 with current I 1 (Fig 2):
Магнитная индукция в соответствии с законом Био-Савара-ЛапласаMagnetic induction in accordance with the law of Bio Savara Laplace
причем точкой наблюдения А является элемент (фиг.2) первого витка, и следовательно, R означает расстояние между элементами и обоих векторов, а вектор направлен от к .where observation point A is an element (figure 2) of the first turn, and therefore, R means the distance between the elements and both vectors, and the vector directed from to .
Объединяя (4) и (5) найдем силу:Combining (4) and (5) we find the force:
Сила, с которой круговой виток с током I2 действует на виток с током I1.The force with which a circular coil with current I 2 acts on a coil with current I 1 .
С той же силой круговой виток с током I1 действует на виток с током I2.With the same force, a circular coil with current I 1 acts on a coil with current I 2 .
Аналитическое вычисление двукратного интеграла в формуле (6) невозможно, поэтому значение его найдено авторами методом численного интегрирования:The analytical calculation of the double integral in formula (6) is impossible, therefore, its value was found by the authors by the method of numerical integration:
где R0 - радиус витков, r - расстояние между центрами круговых витков, которое находим из фиг.1:where R 0 is the radius of the turns, r is the distance between the centers of the circular turns, which we find from figure 1:
Приравнивая выражения (3) и (7) и учитывая равенство токов в круговых витках I1=I2, а также выражение (8) находим формулу для определения магнитной проницаемости жидкого магнетика.Equating expressions (3) and (7) and taking into account the equality of currents in circular turns I 1 = I 2 , as well as expression (8), we find a formula for determining the magnetic permeability of a liquid magnet.
Для уменьшения величины потребляемого тока круговыми витками заменяем их плоскими катушками индуктивности массой m, каждая из которых содержит по N витков. Тогда ток I1 в выражении (9) заменим на I1=NI, где I - ток, протекающий через один виток катушки. В этом случае выталкивающая сила Архимеда FA=ρgV, где V - объем катушки индуктивности.To reduce the amount of current consumed by circular turns, replace them with flat inductors of mass m, each of which contains N turns. Then the current I 1 in expression (9) is replaced by I 1 = NI, where I is the current flowing through one coil of the coil. In this case, the buoyancy force of Archimedes is F A = ρgV, where V is the volume of the inductor.
С учетом введенных обозначений получим окончательное выражение для определения магнитной проницаемости жидкого магнетика:Based on the introduced notation, we obtain the final expression for determining the magnetic permeability of a liquid magnet:
Схема экспериментальной установки для исследования жидкого магнетика представлена на фиг.3. Она содержит две плоские катушки индуктивности 1. Обе катушки 1 подвешены на жестких подвесах 2. Первые концы жестких подвесов 2 неподвижно соединены с катушками индуктивности 1, а вторые концы их подвешены шарнирно на осях вращения 3 катушек индуктивности, которые закреплены на подставке 4. Плоские катушки индуктивности 1 соединены последовательно между собой, расположены в сосуде с жидким магнетиком 5 в одной плоскости, перпендикулярной осям самих катушек индуктивности 1 и осям вращения 3 этих катушек. Первым вводом каждой катушки индуктивности 1 является жесткий подвес 2, а вторым вводом - тонкий изолированный проводник, навитый на жесткий подвес 2. Последовательно соединенные плоские катушки индуктивности 1 соединены также последовательно с амперметром 6, реостатом 7 и источником постоянного тока 8.The experimental setup for the study of liquid magnet is presented in figure 3. It contains two
Сосуд с жидким магнетиком 5 установлен на подставке 4, на которой установлена шкала с делениями в градусах 9. Указателем положения на шкале 9 является жесткий подвес 2.A vessel with a liquid magnet 5 is mounted on a
Изменяя величину тока в цепи с помощью реостата 7, катушки индуктивности расходятся на разные углы α, значения которых измеряем по шкале с делениями в градусах 9. Величину тока измеряем с помощью амперметра 6. Измеренные значения угла α и тока I подставляем в формулу (10) для определения магнитной проницаемости жидкого магнетика. Остальные величины, входящие в формулу (10), указаны на лабораторной установке.By changing the current in the
Зависимость силы Ампера F при взаимодействии катушек с током от величины этого тока можно рассчитать по формуле (7).The dependence of the Ampere force F during the interaction of the coils with the current on the magnitude of this current can be calculated by the formula (7).
Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки для исследования жидкого магнетика заключается в том, что она обеспечивает повышение качества усвоения основных законов и явлений физики студентами.The technical and economic efficiency of the proposed installation for studying liquid magnetics lies in the fact that it provides an improvement in the quality of assimilation of the basic laws and phenomena of physics by students.
Предлагаемая установка реализована на кафедре физики и используется в учебном процессе на лабораторных занятиях по электромагнетизму.The proposed installation is implemented at the Department of Physics and is used in the educational process in laboratory studies on electromagnetism.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004121254/28A RU2272325C1 (en) | 2004-07-12 | 2004-07-12 | Installation for researching on liquid magnet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004121254/28A RU2272325C1 (en) | 2004-07-12 | 2004-07-12 | Installation for researching on liquid magnet |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004121254A RU2004121254A (en) | 2006-01-10 |
RU2272325C1 true RU2272325C1 (en) | 2006-03-20 |
Family
ID=35872207
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004121254/28A RU2272325C1 (en) | 2004-07-12 | 2004-07-12 | Installation for researching on liquid magnet |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2272325C1 (en) |
-
2004
- 2004-07-12 RU RU2004121254/28A patent/RU2272325C1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004121254A (en) | 2006-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102680356A (en) | Density measuring device and method based on electromagnetic suspension | |
RU2321074C1 (en) | Device for verifying the ampere law experimentally | |
RU2272325C1 (en) | Installation for researching on liquid magnet | |
RU2308095C1 (en) | Device for researching loading characteristics of a current supply | |
Williams | Measuring Earth's local magnetic field using a Helmholtz coil | |
CN208093023U (en) | A kind of demonstration test instrument for probing into electromagnet characteristic | |
RU2303295C1 (en) | Device for studying vortex electric field in magnetic medium | |
RU2285960C1 (en) | Training device for demonstration of second maxwell equation | |
CN210777431U (en) | Comprehensive demonstration experiment instrument for exploring ampere force characteristics | |
Slavik et al. | Magnetic circuit of electromagnetic flow meter with capacitive electrodes | |
RU2210815C2 (en) | Practice device to study electromagnetic field | |
CN110782758A (en) | Magnetic suspension analytic experiment system and method | |
RU2491650C1 (en) | Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils | |
CN214123271U (en) | Ampere force measuring instrument | |
Kekule | Simple demonstration of Ampere’s law | |
RU2303820C1 (en) | Device for measuring projection of strength vector of alternating electric field | |
RU2290700C1 (en) | Device for demonstration of bio-savart-laplace law | |
RU2292602C1 (en) | Device for definition of circulation of vector voltage of a magnetic field | |
RU2133505C1 (en) | Training aid for physics | |
EP4086647A1 (en) | Portable, fixed external field magnetometer for the detection of magnetic signals from samples and the assessment of the amount of magnetic material in the sample | |
Fleming | Magnets and electric currents: An elementary treatise for the use of electrical artisans and science teachers | |
RU2137209C1 (en) | Device for detection of circulation of intensity vector of electric and magnetic field | |
SU1668989A1 (en) | Apparatus to demonstrate foucault currents effect | |
Gordon | A physical treatise on electricity and magnetism | |
US2448111A (en) | Method and apparatus for measuring constituents of gases |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060713 |